文章基于电大尺寸电磁波仿真技术 ， 提出一种能够根据电磁波仿真结果参数计算出实际雷达回波信号的方法 。该方法能够

　　复杂场景下的雷达回波信号 ， 综合了天线参数 、目标 RCS 变化和地面多径影响等多方面因素 。将仿真结果与实测对比发现 ， 二者吻合较好 ， 证明了仿真结果的正确性与可靠性 。由于仿真工具可以在不进行实车测试的情况下提供准确的雷达数据用于优化雷达算法 ， 文中建立的场景仿真方法可大幅提高毫米波雷达研发的验证效率。01、激光雷达、 摄像头和毫米波雷达

　　从产品测试的角度， 可以短时间内对多种路况进行在线测试以及对危险的驾驶情况进行测试 ， 而且可以突破时间限制不间断地测试 ，河北仿真汽车 能够大幅缩短产品测试周期 ，

　　也比较低 。目前常用的自动驾驶传感器有激光雷达、 摄像头和毫米波雷达等。针对各自的传感器测量原理， 均有对应的多种场景仿真实现形式。针对其中毫米波雷达传感器，有以下两种常见的实现形式：( 1 ) 利用多个雷达目标模拟器， 分别模拟实际环境中的多个运动目标。这种硬件在环 ( HIL ) 的方式能够有效地进行黑盒测试，但由于数量有限且

　　同时 ，目标模拟器只能输出具有单一距离 、 速度和角度的点目标， 在高分辨雷达应用场景下 ， 实际目标均为扩展目标， 无法反应线 )根据雷达建模工具生成 ， 即根据所需场景的目标列表 ， 生成对应的雷达原始数据。该方法简单快捷 ， 能够进行原理性验证 ， 但无法体现出场景中复杂电磁反射情况对雷达数据造成的影响 。本文提出一种通过计算电磁波在指定场景中的频率响应并处理的方法得到毫米波雷达在该场景中的时域响应 ， 从而获得包含场景内全部电磁反射特性的原始数据的方法 。

　　为电磁波波长；根据远场条件表达式， 以常规小轿车为例 ，雷达正面 、 背面照射时 ， 直径取 2m ，河北仿真汽车需要的远场条件约为 2000m ；雷达侧面照射时 ， 直径取 5m ，需要的远场条件约为 12500m。河北仿真汽车

　　常见的汽车毫米波雷达更大作用距离约为 200m 。可见应用场景中的多数目标均无法等效为等 RCS 的点目标，需综合目标各个区域的电磁波反射情况得到对应的频率。

　　常用的电磁仿真方法有矩量法 、 有限元法等 ，但对于场景仿真应用 ，直接利用有限元法求解各个位置的电磁场响应计算量极大 ， 无法实现 。

　　对于该类电大尺寸仿真 ， 可以用射线法 ， 即将电磁波简化为多条射线， 按照发射天线方向图扇出 。

　　利用几何光学法计算其多次反射后的幅度和相位， 该方法称为弹跳射线法 ( SBR ) 。 由于电磁波具有边缘绕射特性 ，几何光学法无法解决边缘绕射的问题 ， 在目标场景

　　需要结合物理绕射理论 ( PTD ) 和一致性绕射理论 ( UTD )进行仿真 ， 最终得到各个接收天线端接收信号的等效幅度和相位， 其中包含场景中所有电磁反射绕射特性 。

　　利用 SBR+PTD+UTD 仿真 ， 可以得到任意目标的等效近场 RCS 。复杂场景可以认为是包含多个目标的混合目标， 同样可以利用 SBR+ 仿真方法得到场景内所有目标的等效 RCS 。

　　有研究人员基于该仿真方法计算得到不同姿态不同距离下的车辆等效 RCS 并能够与实测结果吻合 。河北仿真汽车说明该方法能够一定程度上表达空间电磁反射特性 。03、基于 SBR+ 的场景仿真

　　场景和雷达在该场景中的动态响应 ， 以及雷达前端完成的模拟和数字处理系统 。整个雷达场景仿线 个部分。

　　仿真工具计算所有独立天线通道在不同频率下的电磁波传播路径 ，然后将每个传播路径的脉冲响应与全波仿真中得到的各个方向的能量进行加权。河北仿真汽车

　　最后将加权后各个通道接收到的数据作为雷达模型的输入信号， 添加雷达系统中模拟电路部分的热噪声、相位噪声及非线性误差等模型， 得到各个通道的数字端数据。

　　然后对仿真数据与真实信号相同的信号处理，检测目标、 速度 、 距离和角度 ，即可成整个场景的仿线、天线模型数据可以是来自于实测天线数据或者全波天线仿真对于实测数据 ，需要测试各个收发天线在所需 FOV 内的 3D 方向图能量数据；

　　对于仿真数据 ， 使用有限元 ( FEM )或矩量法仿真工具仿真得到各个收发天线的远场方向图即可 。对于多个馈源的相控阵天线，需要按照各个相控单元的相位加权叠加得到合成方向图 。毫米波雷达天线D 方向图仿线 所示。

　　数据矩阵即为当前帧场景模型的输出结果 。根据雷达刷新周期更新场景内目标位置后重新仿真 ， 即可得到连续多帧仿线 雷达模型

　　雷达模型主要对理想场景的仿真数据添加雷达各类干扰噪声及信号处理流程，主要包含以下 3 个子模块。

　　( 1 )雷达发射模块： 对于 FMCW 雷达， 发射模块主要有用于产生调制波形的调制器和产生载波的 PLL+VCO 。误差来源为调制器的非线性和 PLL 的相位噪声。

　　其中调制器部分误差通过在输出信号频谱上添加与非线性度相关的随机偏置实现，相位噪声对雷达的影响如图 4 所示。

　　( 2 )雷达接收模块：接收模块主要包括下变频 、 中频放大器和 ADC ， 其主要误差来源均可等效为高斯白噪声 。噪声功率取决于雷达接收模块的级联噪声系数。

　　( 3 )信号处理模块 ： 信号处理模块对添加过上述误差源的仿真数据进行时域信号处理， 检测目标并计算其速度和距离 ，然后根据不同通道的数据计算目标角度 。

　　，每一帧目标位置更新 60ms 。 场景模型如图 7 所 ， 有两辆同向行驶轿车 、 一辆逆向行驶轿车 、 路灯及正前方路牌等常见道路设施。

　　根据上述场景模型及全部场景仿真架构进行仿真 ， 得到的数据的原始频谱热力图及信号检测后的目标列表如图 8 和图 9 所示。

　　图 8 为经过 SBR+ 仿真处理后得到的不含系统热燥声误差的原始时域数据。图 9( a ) 为原始频谱热力图 ， 其中横向为速度维值， 纵轴为距离维值。

　　图 9 ( b ) 为经过信号处理后得到的场景内目标的距离、 速度 、河北仿真汽车河北仿真汽车信噪比和水平角度列表 。可见该仿真结果处理方法能够正确分离多目标场景下各个不同速度、 距离的目标数据 ， 得到符合实际情况的时域信号。

　　然后对连续运动状态下 ， 场景中高处目标的俯仰角度进行计算 。由于实际环境有地面反射的影响 ， 高处目标的俯仰角度会呈现出周期性变化特性 。

　　可以看出 ， 该场景仿真方法能够在一定程度上体现出地面反射对雷达通道间相位关系的影响 ， 但情况相对较为理想 。实际道路上因车辆颠簸 、 路面翘曲等， 情况更为复杂。

　　结语文采用基于 SBR+ 的电大尺寸仿真软件 ，结合天线方向图仿真和雷达实际模拟数字模型的建立，提出了一种能够仿真复杂场景下雷达回波数据的场景仿真方法 ， 并详细描述了其各个仿真模块的实现步骤。通过仿真软件搭建了一个具有多个目标的复杂场景 ， 对其进行实际仿真并与真实雷达数据进行了对比。

　　结果表明 ， 该场景仿真方法能够正确处理多目标场景并得到场景的综合时域信号 ， 对得到的综合时域信号进行数字信号处理后得到场景内目标的位置信息 ， 反映出该场景仿真方法能够正确体现雷达在复杂场景中的实际电磁波反射情况 ，一定程度上反映出实际的道路情况 。

　　后续可进一步探究如何在仿真中加入车辆颠簸及车辆微小横向运动等真实运动状态 ，使仿真结果接近真实情况 。